內(nèi)河躉船系泊錨鏈時(shí)變可靠度分析

李忠芳，舒 丹，陳嘉玉，吳林鍵

(1.長江重慶航運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院，重慶 401147；2.重慶交通大學(xué) 國家內(nèi)河航道整治工程 技術(shù)研究中心，重慶 400074)

在港口工程中，錨鏈?zhǔn)瞧渲械闹匾挡礃?gòu)件，在內(nèi)河斜坡碼頭及浮碼頭的躉船系泊設(shè)施中得以廣泛應(yīng)用。由于內(nèi)河躉船系泊錨鏈在使用過程中受到周邊環(huán)境因素的腐蝕以及長期隨機(jī)水文情勢(shì)的共同影響，其構(gòu)件的強(qiáng)度和抗力不斷下降，從而發(fā)生錨鏈鏈環(huán)的失效性破壞，最終造成一系列交通安全事故的情形也屢有發(fā)生[1]。目前，考慮腐蝕效應(yīng)的內(nèi)河躉船系泊錨鏈的可靠度安全評(píng)估在我國鮮有相應(yīng)的研究成果，在現(xiàn)行的規(guī)范中[2]，也僅僅只是推薦采用時(shí)不變可靠度理論來評(píng)估結(jié)構(gòu)的可靠性能。但實(shí)際情況中，結(jié)構(gòu)所受的外部荷載及其自身的抗力大多存在明顯的時(shí)變特性，此時(shí)，基于時(shí)變可靠度理論來分析結(jié)構(gòu)是否失效便顯得尤為重要。本文以內(nèi)河某實(shí)際碼頭工程項(xiàng)目為依托，提出一種考慮腐蝕效應(yīng)的內(nèi)河躉船系泊錨鏈時(shí)變可靠度的評(píng)估機(jī)制，為類似工程提供一定的參考。

1 理論模型

1.1 內(nèi)河錨鏈銹蝕的主要影響因素

圖1 內(nèi)河躉船系泊錨鏈劃分的區(qū)域Fig.1 Partition for anchor chain of pontoon in inland river

根據(jù)內(nèi)河中的躉船系泊錨鏈所處的位置，將其受到的腐蝕范圍劃分為大氣區(qū)、氣-液界面區(qū)和淹沒區(qū)，如圖1所示。其中，大氣區(qū)內(nèi)的錨鏈鏈環(huán)部分長期暴露于空氣中；而在氣-液界面區(qū)內(nèi)，主要包含由于水位的變幅，交替循環(huán)的呈現(xiàn)在水和空氣中的錨鏈鏈環(huán)部分；淹沒區(qū)則涵蓋了常年浸沒在水里的鏈環(huán)。

文獻(xiàn)資料[3]表明，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)處于不同腐蝕區(qū)域時(shí)，影響結(jié)構(gòu)銹蝕速率的因素各不相同，總結(jié)起來主要的影響因素為：鹽度(氯離子的濃度)、水溫、pH值、溶解氧、海水的水流流速及鋼結(jié)構(gòu)的表面粗糙度等。相比于海洋鹽霧環(huán)境，由于內(nèi)河當(dāng)中主要為淡水，河水的溫度、水中溶解氧的濃度以及水流流速可作為造成內(nèi)河中躉船系泊錨鏈腐蝕的重要影響因素。其中，腐蝕速率和流速之間呈現(xiàn)出近似線性的變化規(guī)律，而與水溫之間則顯現(xiàn)出指數(shù)函數(shù)關(guān)系[3]。

1.2 錨鏈腐蝕速率簡化模型

腐蝕速率是評(píng)估錨鏈腐蝕損失的重要指標(biāo)。早在1982年，Pourbaix[4]便基于大量的試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，提出了可用于評(píng)估金屬材料在自然暴露環(huán)境中腐蝕損失量隨時(shí)間變化的冪函數(shù)數(shù)學(xué)模型，其表達(dá)式如下

C(t)=Atn

(1)

式中：C(t)為平均腐蝕深度；A為暴露在環(huán)境中金屬的平均腐蝕速率，t為時(shí)間(a)，n表征腐蝕快慢的趨勢(shì)，可大于、小于和等于1，而當(dāng)n=1時(shí)，腐蝕速率保持不變，冪函數(shù)關(guān)系退化為線性關(guān)系。A和n均為與金屬腐蝕環(huán)境密切相關(guān)的參數(shù)，當(dāng)A和n的取值不同時(shí)(A和n的取值應(yīng)根據(jù)工程所在地位置處或附近區(qū)域長期暴露的試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)擬合回歸得到)，該公式不僅能夠適用于海洋環(huán)境，同樣也可適用于內(nèi)河環(huán)境下鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕分析。該數(shù)學(xué)模型型式簡單，工程應(yīng)用方便，故在本文中選取該模型來作為評(píng)估系泊錨鏈腐蝕速率的依據(jù)。

1.3 考慮錨鏈腐蝕效應(yīng)的抗力退化模型

由于腐蝕造成的錨鏈材料部分的損失將會(huì)降低其使用強(qiáng)度，同時(shí)，隨著腐蝕量的增加，錨鏈的抗力將會(huì)逐漸降低。本文假設(shè)錨鏈在腐蝕效應(yīng)的影響下，未發(fā)生腐蝕的材料部分強(qiáng)度及性能保持不變，故考慮錨鏈腐蝕效應(yīng)的抗力退化時(shí)變模型的表達(dá)式為

R(t)=R0/(πD2)·{π[D-C(t)]2}

(2)

式中：R(t)為錨鏈抗力，其值大小隨時(shí)間而發(fā)生變化；R0為初始時(shí)刻錨鏈抗力，D為初始時(shí)刻錨鏈直徑，C(t)為平均腐蝕深度，如式(1)。

1.4 錨鏈串聯(lián)時(shí)變可靠度

(1)時(shí)變可靠度。

結(jié)構(gòu)的時(shí)變可靠度[5]表征其在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期T內(nèi)，在正常設(shè)計(jì)、使用和維護(hù)條件下，考慮環(huán)境等因素的影響，在任意時(shí)刻完成預(yù)定功能的概率，t∈[0,T]，其功能函數(shù)計(jì)算表達(dá)式為

Z(t)=g(R，S，t)=R(t)-S(t)

(3)

反之，結(jié)構(gòu)的失效概率為

Pf(t)=P[R(t)-S(t)<0]

(4)

結(jié)構(gòu)的時(shí)變可靠指標(biāo)為

β(t)=Φ-1[1-Pf(t)]

(5)

式中：R(t)和S(t)分別為結(jié)構(gòu)抗力與荷載效應(yīng)隨時(shí)間的變化函數(shù)，Φ-1[*]為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)的反函數(shù)。

(2)錨鏈串聯(lián)時(shí)變可靠度模型。

本文對(duì)內(nèi)河躉船系泊錨鏈按照其腐蝕程度分為大氣區(qū)、氣-液界面區(qū)和淹沒區(qū)這3個(gè)部分，如圖1所示。如此，便相當(dāng)于將整條錨鏈拆分成為了三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分，并且這三者的關(guān)系是被串聯(lián)起來的，一旦其中某一部分失效，則結(jié)構(gòu)整體即失效。因此，在評(píng)估內(nèi)河躉船系泊錨鏈可靠與否的過程中，除了分析各腐蝕區(qū)域內(nèi)各部分錨鏈的時(shí)變可靠度之外，還應(yīng)探討整個(gè)錨鏈串聯(lián)系統(tǒng)的時(shí)變可靠度[6]。

因此，根據(jù)錨鏈串聯(lián)系統(tǒng)的相關(guān)理論[7]，由極小值理論可知，不同區(qū)域的錨鏈抗力均由其所包含鏈環(huán)中最薄弱(抗力最小)的鏈環(huán)決定。即

R′=min(R1，R2，…，Rn)

(6)

若某一腐蝕區(qū)域內(nèi)錨鏈的各鏈環(huán)抗力服從概率分布FR(r)，則對(duì)由n個(gè)鏈環(huán)組成的錨鏈，其相應(yīng)的分布為

FR′(r′)=1-[1-FR(r′)]n

(7)

當(dāng)n數(shù)目比較大時(shí)，由文獻(xiàn)[8]可知該段錨鏈的分布可近似寫為

FR′(r′)=1-exp[-g(r′)]=1-exp[-NFR(r′)]

(8)

當(dāng)鏈環(huán)抗力服從正態(tài)分布，相應(yīng)的區(qū)域段錨鏈抗力分布為

FR′(r′)=1-exp{-exp[α′(r′-u′)]}

(9)

(10)

根據(jù)式(10)，當(dāng)知曉錨鏈鏈環(huán)在腐蝕影響下的抗力服從正態(tài)分布時(shí)的均值μR與方差σR時(shí)，即可計(jì)算得到其轉(zhuǎn)化抗力。因此，可將錨鏈整體視為由3個(gè)腐蝕區(qū)域內(nèi)的各部分子系統(tǒng)共同構(gòu)成的串聯(lián)系統(tǒng)，則各子系統(tǒng)的失效概率和可靠度分別為

(11)

(12)

式中：下標(biāo)1,2,3分別代表大氣區(qū)、氣-液界面區(qū)和淹沒區(qū)；Z為功能函數(shù)；R′為錨鏈抗力，為時(shí)變項(xiàng)；S為作用效應(yīng)，即錨鏈系錨力。故綜上所述，錨鏈串聯(lián)系統(tǒng)的失效概率和可靠度可分別為

Pf=P(F)=P(F1∪F2∪F3)=Pf1∪Pf2∪Pf3

(13)

Pr=1-Pf=1-P(F1∪F2∪F3)=Pr1∩Pr2∩Pr3

(14)

1.5 躉船系泊錨鏈時(shí)變可靠度分析步驟

基于錨鏈腐蝕抗力退化模型和串聯(lián)時(shí)變可靠度計(jì)算模型，可通過以下實(shí)施步驟評(píng)估內(nèi)河躉船系泊錨鏈串聯(lián)系統(tǒng)的時(shí)變可靠度，具體步驟如下：

(1)根據(jù)規(guī)范規(guī)定，確定內(nèi)河躉船系泊錨鏈?zhǔn)芰Φ闹饕匀灰蛩夭⑦M(jìn)行統(tǒng)計(jì)；

(2)根據(jù)工程所在地的自然環(huán)境因素-歷時(shí)規(guī)律，確定出計(jì)算工況，并計(jì)算得到各工況條件下躉船中各錨鏈的系錨力-歷時(shí)關(guān)系；

(3)根據(jù)計(jì)算結(jié)果中各錨鏈的系錨力-歷時(shí)關(guān)系，確定出各錨鏈的最不利工況，取其統(tǒng)計(jì)期中的年最大值進(jìn)行動(dòng)力系數(shù)修正，并對(duì)修正后的結(jié)果進(jìn)行頻率分析，擬合其概率分布計(jì)算參數(shù)；

(4)確定式(1)中腐蝕速率的概率分布函數(shù)及統(tǒng)計(jì)參數(shù)，結(jié)合錨鏈的抗力退化模型，計(jì)算得到考慮腐蝕效應(yīng)的躉船系泊錨鏈在設(shè)計(jì)使用期50 a范圍內(nèi)的抗力隨時(shí)間的變化規(guī)律；

(5)最終，結(jié)合錨鏈的可靠度理論，計(jì)算得到在設(shè)計(jì)使用期50 a內(nèi)，躉船系泊錨鏈各腐蝕區(qū)域內(nèi)各部分鏈環(huán)的時(shí)變可靠度以及錨鏈串聯(lián)系統(tǒng)的時(shí)變可靠度。

圖2 工程實(shí)例總平面布置圖Fig.2 General layout for case study

2 實(shí)例分析

2.1 工程概況

本文以某內(nèi)河碼頭3 000 t級(jí)散貨泊位為例[10]，評(píng)估其躉船系泊錨鏈的時(shí)變可靠度。該泊位的躉船系留設(shè)施一共包含4根纜繩和3根錨鏈，設(shè)計(jì)使用年限共50 a[11]。

2.2 總平面布置及錨鏈規(guī)格

如圖2所示，為該散貨泊位的平面布置圖，其躉船的錨鏈共包含艏開錨、艉開錨和領(lǐng)水錨3條，各錨鏈的直徑和長度如表1所示。

表1 錨鏈材料特性及尺寸規(guī)格Tab.1 Martial characteristics and size for anchor chain

注：錨鏈的使用長度應(yīng)隨著水位變幅而實(shí)時(shí)調(diào)整。

2.3 自然環(huán)境因素

根據(jù)《港口工程荷載規(guī)范(JTS 144-1-2010)》[12]，內(nèi)河環(huán)境中，影響錨鏈系錨力的主要自然因素包含風(fēng)和水流的共同作用。其中，計(jì)算風(fēng)荷載和水流力的過程當(dāng)中，水流流速及風(fēng)速是其中的重要計(jì)算參數(shù)。

(1)水流流速-歷時(shí)規(guī)律。

在工程所在位置處，其水流流速大小是隨時(shí)間而發(fā)生周期性變化的，根據(jù)水文站提供的資料，可統(tǒng)計(jì)得到本文工程實(shí)例所在位置河道斷面20 a內(nèi)各年的實(shí)測(cè)月均流量-歷時(shí)規(guī)律，同時(shí)，根據(jù)尚明芳[13]所提出的方法，運(yùn)用隨機(jī)過程及水力學(xué)的相關(guān)理論，可根據(jù)流量-時(shí)間序列計(jì)算得到同一位置處的水位-歷時(shí)關(guān)系。工程所在位置處的流量、水位-歷時(shí)曲線如圖3所示。根據(jù)河道斷面的幾何特征(可確定出不同水位情況下的過水?dāng)嗝婷娣e)，結(jié)合圖3中的流量、水位-歷時(shí)關(guān)系，可推求得到該處斷面的月均流速-歷時(shí)規(guī)律，如圖4所示。

圖3 工程所在地流量和水位-歷時(shí)規(guī)律Fig.3 Flow quantity and water level varying with time圖4 工程所在地河道斷面圖及流速-歷時(shí)規(guī)律Fig.4 River profile and flow velocity varying with time

(2)風(fēng)速的確定。

由于實(shí)際工程所在位置的風(fēng)要素分布資料缺乏，無法得到該地方的風(fēng)要素歷時(shí)規(guī)律。根據(jù)《港口工程荷載規(guī)范(JTS 144-1-2010)》[12]規(guī)定，港區(qū)內(nèi)的基本風(fēng)壓可按照以下公式計(jì)算

P0=6.25×10-4·v2

(15)

式中：v為港口附近的空曠地面，離地10 m高，重現(xiàn)期為50 a 10 min內(nèi)的平均最大風(fēng)速，m/s。當(dāng)無實(shí)測(cè)風(fēng)速資料時(shí)，應(yīng)按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB 50009-2012)》[14]的規(guī)定選用內(nèi)河港口內(nèi)的基本風(fēng)壓大小，不得小于0.3 kPa。因此，可根據(jù)上述規(guī)定計(jì)算得到工程實(shí)例處的風(fēng)速值大小為15～30 m/s。

2.4 計(jì)算工況

根據(jù)碼頭所在處歷年實(shí)際水文氣象資料表明：該處的風(fēng)向主要以西、南風(fēng)為主，東風(fēng)次之。因此，一共擬定出5種計(jì)算工況，分別如下：工況1：南風(fēng)(吹開風(fēng))，風(fēng)速16 m/s，順岸水流；工況2：南風(fēng)(吹開風(fēng))，風(fēng)速24 m/s，順岸水流；工況3：東風(fēng)(逆水風(fēng))，風(fēng)速30 m/s，順岸水流；工況4：西風(fēng)(順?biāo)L(fēng))，風(fēng)速20 m/s，順岸水流；工況5：西風(fēng)(順?biāo)L(fēng))，風(fēng)速30 m/s，順岸水流。

2.5 錨鏈系錨力-歷時(shí)關(guān)系(月均值)

根據(jù)碼頭工程所在位置斷面處的20 a月均水位-歷時(shí)關(guān)系和月均流速-歷時(shí)關(guān)系(分別見圖3和圖4)、風(fēng)速范圍以及表 1中各系泊錨鏈的規(guī)格尺寸，采用船舶系纜力計(jì)算軟件Optimoor來分別定量評(píng)估得到在本文的5種工況條件下各不同系泊錨鏈的月均系錨力-歷時(shí)曲線，見圖5～圖7。其中，基于Optimoor軟件的計(jì)算模型可詳見文獻(xiàn)[10]中圖6所示。

2.6 錨鏈?zhǔn)芰y(tǒng)計(jì)特征參數(shù)

從上述各錨鏈系錨力-歷時(shí)曲線中可以明顯看得出來：在某些工況條件下，各錨鏈的系錨力隨時(shí)間的波動(dòng)情況與圖3、圖4中的流量、水位、流速-歷時(shí)曲線的變化規(guī)律較一致。同時(shí)，從圖中也可以得知各錨鏈的最不利工況分別為：(1)艏開錨：工況5；(2)艉開錨：工況3；(3)領(lǐng)水錨：工況5。接下來，統(tǒng)計(jì)得到各錨鏈在各最不利工況下的系錨力年最大值，并根據(jù)《水運(yùn)工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTS151-2011)》[15]中的規(guī)定，應(yīng)對(duì)系錨力的年最大值進(jìn)行動(dòng)力系數(shù)修正，其中，各錨鏈的動(dòng)力系數(shù)分別為：(1)艏開錨：1.3；(2)艉開錨：1.3；(3)領(lǐng)水錨：1.5。并繪制得到修正后的各錨鏈年最大系錨力-歷時(shí)曲線，如圖8所示。

圖5 艏開錨系錨力-歷時(shí)曲線Fig.5 Anchoring force vs. time curve for anchor chain ①圖6 艉開錨系錨力-歷時(shí)曲線Fig.6 Anchoring force vs. time curve for anchor chain ②

圖7 領(lǐng)水錨系錨力-歷時(shí)曲線Fig.7 Anchoring force vs. time curve for anchor chain ③圖8 修正后的各錨鏈年最大系錨力Fig.8 Improved maximum anchoring force (year)

在工程水文統(tǒng)計(jì)中，P-Ⅲ型分布及Weibull分布較為常用，本文對(duì)修正后的各錨鏈系錨力的年極大值進(jìn)行頻率分析，采用P-Ⅲ型分布及Weibull分布對(duì)其進(jìn)行擬合，得到其統(tǒng)計(jì)參數(shù)，結(jié)果如表2所示。并采用這兩種分布來計(jì)算躉船系泊錨鏈的時(shí)變可靠度，并將二者相互對(duì)比。

2.7 考慮腐蝕效應(yīng)的錨鏈抗力退化計(jì)算

在計(jì)算錨鏈的抗力隨時(shí)間變化的過程中，需要考慮錨鏈自身的腐蝕情況。根據(jù)前文中第1.2節(jié)中的描述，選取式(1) 作為錨鏈腐蝕速率模型。由于本文依托工程位于長江中上游地區(qū)的三峽水庫變動(dòng)回水區(qū)內(nèi)，該處不僅常年多雨(相對(duì)濕度較大)而且含氧量充足。此外，在該工程中用來制備錨鏈的鋼材表面未涂抹防銹材料，且AM2級(jí)鏈鋼這一鋼種的銹層對(duì)其內(nèi)鋼材的保護(hù)性較為薄弱[16]。根據(jù)候文泰等[17]對(duì)我國多個(gè)地區(qū)內(nèi)各類鋼材的長期現(xiàn)場(chǎng)腐蝕試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，結(jié)合本文工程所在地的實(shí)際環(huán)境狀況，經(jīng)綜合考慮最終選取n=1來作為本文評(píng)估錨鏈腐蝕損失的依據(jù)。當(dāng)n=1時(shí)，式(1)可改寫為：C(t)=A·t，錨鏈的腐蝕損失量隨時(shí)間的增加而線性遞增。同時(shí)，在不同的腐蝕區(qū)域，其平均腐蝕深度A均不同，且該參數(shù)應(yīng)為隨機(jī)變量。根據(jù)文獻(xiàn)[3]，并結(jié)合碼頭所在位置的自然特征和工程經(jīng)驗(yàn)，考慮躉船錨鏈的平均腐蝕速率A服從正態(tài)分布，并參考文獻(xiàn)[3]，確定錨鏈在各腐蝕區(qū)域內(nèi)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)均值μ、標(biāo)準(zhǔn)差σ分別為：(1)大氣區(qū)：A1～N(0.03，0.005)；(2)氣-液界面區(qū)：A2～N(0.08，0.015)；(3)淹沒區(qū)：A3～N(0.06，0.01)。

表2 各系留設(shè)施系錨力年極大值 分布擬合參數(shù)Tab.2 Fitted parameters of annual maximum distribution for anchoring force

根據(jù)錨鏈平均腐蝕速率的正態(tài)分布統(tǒng)計(jì)參數(shù)，即可聯(lián)立式(1)、式(2)和式(10)計(jì)算得到各錨鏈不同腐蝕區(qū)域內(nèi)的抗力隨時(shí)間變化的數(shù)值大小。應(yīng)值得注意的是：各腐蝕區(qū)域的錨鏈長度需考慮選取其所受系錨力年極大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的躉船系留設(shè)施的布設(shè)形式來綜合確定。同時(shí)，根據(jù)《港口工程荷載規(guī)范(JTS 144-1-2010)》[12]規(guī)定，錨鏈的初始抗力需按其破斷力的1/3大小進(jìn)行取值。綜上所述，計(jì)算得到工程實(shí)例中各錨鏈在最不利工況下，各腐蝕區(qū)域內(nèi)的抗力隨時(shí)間的變化結(jié)果，由于本文篇幅有限，且3條錨鏈抗力隨時(shí)間的變化趨勢(shì)均一致，故文中僅以艏開錨為例展示計(jì)算結(jié)果，如圖9所示。從圖中可以看出，錨鏈不同腐蝕區(qū)域的抗力退化趨勢(shì)均大致相仿，呈近乎線性的遞減；大氣區(qū)部分，錨鏈的抗力退化趨勢(shì)最為平緩，淹沒區(qū)次之，下降最明顯的區(qū)域?yàn)闅?液界面區(qū)，分析其宏觀的原因則主要是由于該區(qū)域的錨鏈鏈環(huán)受水位漲落變幅的影響，腐蝕速率相比于其他的區(qū)域更快，更容易被銹蝕，加之河流的表面流速最大，容易將錨鏈腐蝕之后的物質(zhì)帶走，更加加劇了本身的腐蝕程度。

圖9 艏開錨抗力-歷時(shí)規(guī)律Fig.9 Resistance vs. time for anchor chain ①圖10 艏開錨可靠指標(biāo)-歷時(shí)規(guī)律Fig.10 Reliability index vs. time for anchor chain ①

圖11 艉開錨可靠指標(biāo)-歷時(shí)規(guī)律Fig.11 Reliability index vs. time for anchor chain ②圖12 領(lǐng)水錨可靠指標(biāo)-歷時(shí)規(guī)律Fig.12 Reliability index vs. time for anchor chain ③

2.8 腐蝕作用下錨鏈時(shí)變可靠度計(jì)算

根據(jù)錨鏈抗力退化計(jì)算結(jié)果及最不利工況作用下各錨鏈所受系錨力的年極大值分布及其各統(tǒng)計(jì)參數(shù)，可計(jì)算得到躉船系泊錨鏈的時(shí)變可靠指標(biāo)及可靠度。

錨鏈的可靠度功能函數(shù)為

Zi(t)=Ri′(t)-S(t)

(16)

其中：Ri′(t)為錨鏈各腐蝕區(qū)域相應(yīng)的抗力時(shí)變值，S(t)為錨鏈系錨力，也隨時(shí)間而發(fā)生變化。則錨鏈的時(shí)變可靠指標(biāo)為

(17)

式中：μ為均值，σ為方差。本文運(yùn)用JC法，并結(jié)合MATLAB軟件來編程計(jì)算得到各錨鏈在不同腐蝕區(qū)域內(nèi)的各部分分別遵循P-Ⅲ型分布和Weibull分布時(shí)的時(shí)變可靠指標(biāo)，計(jì)算結(jié)果如圖10～圖12所示。根據(jù)圖10～圖12可以看出，躉船各系泊錨鏈在不同腐蝕區(qū)域內(nèi)的各部分鏈環(huán)的時(shí)變可靠指標(biāo)均隨時(shí)間呈線性遞減的變化規(guī)律，這與其自身抗力的退化趨勢(shì)能夠相一致。對(duì)于艏開錨和艉開錨而言，不論是在P-Ⅲ型分布還是在Weibull分布的前提下，其各腐蝕區(qū)域內(nèi)的時(shí)變可靠指標(biāo)計(jì)算結(jié)果在整個(gè)結(jié)構(gòu)使用期范圍內(nèi)均遠(yuǎn)大于規(guī)范[14]規(guī)定的目標(biāo)值，其設(shè)計(jì)偏安全，其可靠度始終為1，可根據(jù)情況適當(dāng)調(diào)整錨鏈鏈環(huán)直徑。

但是，領(lǐng)水錨的時(shí)變可靠指標(biāo)計(jì)算結(jié)果與艏開錨和艉開錨的結(jié)果并不在一個(gè)數(shù)量級(jí)上。同時(shí)，規(guī)范[14]規(guī)定，當(dāng)考慮動(dòng)力荷載作用下，目標(biāo)可靠指標(biāo)一般取1～2，而領(lǐng)水錨的可靠指標(biāo)在達(dá)到使用年限50 a之后將會(huì)降低至規(guī)范規(guī)定的可靠指標(biāo)范圍。因此，有必要針對(duì)領(lǐng)水錨在不同腐蝕區(qū)域內(nèi)的各部分分別計(jì)算其時(shí)變可靠度，其計(jì)算結(jié)果如圖13所示。

圖13 領(lǐng)水錨時(shí)變可靠度-歷時(shí)規(guī)律Fig.13 Time-varying reliability for anchor chain ③圖14 領(lǐng)水錨串聯(lián)時(shí)變可靠度Fig.14 Time-varying reliability in series for anchor chain ③

分析領(lǐng)水錨在各腐蝕區(qū)域內(nèi)鏈環(huán)的時(shí)變可靠度可知：

(1)領(lǐng)水錨在不同腐蝕區(qū)域內(nèi)的各部分鏈環(huán)，其可靠度雖然隨時(shí)間變化，但依舊保持在0.94以上，可靠度高。

(2)氣-液界面區(qū)內(nèi)的錨鏈，其可靠度隨時(shí)間的變化相比于其他區(qū)域而言最為明顯，其次為淹沒區(qū)，最為緩慢的為大氣區(qū)。這與錨鏈抗力退化的特點(diǎn)能夠相一致，即錨鏈抗力退化程度越高的鏈環(huán)部分，其可靠度的大小也隨時(shí)間降低得越發(fā)顯著。

(3)不僅僅是領(lǐng)水錨，從圖10～圖12的其余錨鏈可靠指標(biāo)的結(jié)果中也可看出上述規(guī)律。

綜上，可根據(jù)錨鏈不同腐蝕區(qū)域內(nèi)的各部分鏈環(huán)的時(shí)變可靠度結(jié)果評(píng)估整個(gè)錨鏈串聯(lián)體系的可靠度。由于艏開錨以及艉開錨在不同腐蝕腐蝕區(qū)域的各部分，其可靠指標(biāo)遠(yuǎn)大于安全目標(biāo)值，其可靠度完全為1，故只需針對(duì)領(lǐng)水錨，根據(jù)1.4節(jié)中的理論，計(jì)算其串聯(lián)體系時(shí)變可靠度，結(jié)果如圖14所示。根據(jù)該計(jì)算結(jié)果，基于體系可靠度來判斷領(lǐng)水錨的安全性能時(shí)，領(lǐng)水錨仍滿足安全使用要求?；诖?lián)系統(tǒng)考慮錨鏈的安全性能時(shí)，其系統(tǒng)可靠度低于錨鏈在各腐蝕區(qū)域內(nèi)鏈環(huán)的可靠度。故在對(duì)其進(jìn)行使用過程中，應(yīng)注意錨鏈的整體防腐和日常維護(hù)措施，同時(shí)，對(duì)氣-液界面區(qū)域部分的錨鏈在使用時(shí)要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，以保證錨鏈的正常使用以及碼頭的正常運(yùn)營。

3 結(jié)論

本文基于時(shí)變可靠度基本理論，提出一種考慮腐蝕效應(yīng)的內(nèi)河躉船系泊錨鏈時(shí)變可靠度的評(píng)估機(jī)制，詳細(xì)闡述了具體的實(shí)施步驟。以內(nèi)河某實(shí)際碼頭工程項(xiàng)目為依托，對(duì)設(shè)計(jì)使用期50 a內(nèi)的不同錨鏈在最不利工況條件下，不同腐蝕區(qū)域內(nèi)各部分鏈環(huán)的時(shí)變可靠度進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果表明：艏開錨、艉開錨的可靠度隨時(shí)間并無變化，始終為1，而領(lǐng)水錨在不同腐蝕區(qū)域內(nèi)各部分的可靠度均隨時(shí)間而有所降低，在氣-液界面區(qū)程度最高，其次為淹沒區(qū)，大氣區(qū)最為緩慢。同時(shí)，計(jì)算得到領(lǐng)水錨的串聯(lián)時(shí)變可靠度結(jié)果，并從中可獲知：領(lǐng)水錨的串聯(lián)可靠度低于各單獨(dú)腐蝕區(qū)域鏈環(huán)的可靠度。